Освещение искусственное и естественное, светотехника.РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ
Эффект Допплера
Естественно, было бы ожидать, что следствием новых приложений квантовой и фотонной оптики явятся революционные открытия в оптике, но в действительности это далеко не так. Замечательной особенностью оптики является то, что много фундаментальных открытий в физике совершается благодаря разумному использованию старых классических методов волновой оптики, примененной соответствующим образом. Когда мы завершим обозрение предмета, вы, конечно, согласитесь с тем, что ни в какой области наших знаний нет более волнующей темы, чем теория расширяющейся Вселенной; тем не менее эта теория в самой своей основе базируется на прямых оптических исследованиях явления, открытого в XIX в. и названного эффектом Допплера. Этот эффект был описан в 1842 г. немецким физиком Допплером в связи со свойствами звуковых волн.
Каждый, кто стоял у щлагбаума, пережидая скорый поезд, который, проходя мимо, подает сигнал, наверняка заметил, что, когда поезд приближается, его гудок имеет определенную высоту звука, а когда удаляется, высота звука гудка падает, может быть, на целый музыкальный тон и даже больше. Это и есть аффект Допплера. Объяснение его несложно. Предположим, что поезд проходит 72 км в час, а его гудок соответствует частоте 280 колебаний в секунду, т. е. ноте «до диез». Из-за движения поезда сам гудок догоняет звуковую волну, которая была им испущена ранее. Звук проходит 1080 км в час, т. е. примерно в 15 раз быстрее движения поезда. Так как поезд движется со скоростью примерно 1/15 скорости звука, звуковые волны догоняются именно на эту долю, и ухо принимает не 280, а около 298 колебаний в секунду, что совсем близко к более высокой ноте «ре», которая на полтона выше фактически звучащей ноты «до диез». Подобным же образом, когда поезд уже прошёл мимо наблюдателя и удаляется, наблюдатель слышит около 263 колебаний в секунду, что близко к более низкой ноте «до», т. е. на полтона ниже фактической ноты. Следовательно, при проходе поезда мимо наблюдателя ему кажется, что высота звука упала на целый тон.
Действительная высота тона
Из приведенного выше расчета следует, что если мы все же знаем, что действительная высота тона «до диез» и можем измерить кажущуюся высоту тона, когда поезд приближается или когда он удаляется, то очень просто вычислить скорость поезда; она просто получается из изменения высоты тона.
Теперь точно такую же идею можно применить к световым волнам, но поскольку свет проходит 300000 км/сек, можно обнаружить эффект Допплера только для световых волн, испускаемых объектами, движущимися с очень большой скоростью. (Даже скорости космических ракет приближаются всего лишь к 10 км/сек.) Однако оказывается, что астрономические тела действительно имеют большие скорости. Даже Земля несется по своей орбите с заслуживающей уважение скоростью 30 км/сек (свыше 100 000 км/час\). Это составляет около одной десятитысячной скорости света. Если звезда движется к нам Или от нас со скоростью такого порядка, длины волн спектральных линий, доходя до нас, будут меняться соответственно на эту небольшую часть. Астроному совсем нетрудно измерить такое небольшое изменение длины волны. Итак, наведя спектроскоп на звезду и отождествив спектральные линии, принадлежащие различным атомам (простое и доступное каждому наблюдение), затем сравнив найденные длины_волн с длинами волн тех же атомов на Земле в лаборатории, совсем уж нетрудно обнаружить и измерить скорости приближения или удаления звезды по лучу зрения. Неважно, в частности, далеко ли от нас звезда, ее скорость по лучу зрения всегда дает соответствующий эффект. Если звезда столь далека, что кажется неподвижной даже в самые крупные телескопы, всякое перемещение по лучу зрения будет тотчас же обнаружено индикатором — аффектом Допплера — по изменению длин волн линий в спектре.